[发明专利]一种利用混凝土废渣制备免烧水泥的方法

说明书

本发明公开了一种利用混凝土废渣制备免烧水泥的方法，包括以下步骤：将磷石膏、干燥的垃圾焚烧炉渣和干燥的混凝土废渣混合，粉碎，筛分，得到机械活化渣粉；再将机械活化渣粉进行低温等离子体照射处理和曝气处理，得到免烧水泥。本发明制备过程简单，结合垃圾焚烧炉渣与混凝土废渣成分特征，通过机械活化与低温等离子体活化联用，实现垃圾焚烧炉渣与混凝土废渣高效资源化，制备出高活性水泥，水泥强度等级可达55.27MPa。

技术领域

本发明涉及固体废弃物的资源化再利用，尤其涉及一种利用混凝土废渣制备免烧水泥的方法。

背景技术

混凝土具有成本较低、性能稳定、施工方便等特点，是当今全球用量最大且资源消耗最多的一种建筑材料。当前，全球混凝土年耗约为110亿立方米，混凝土搅拌行业仍未形成闭环，混凝土生产过程会产生巨量的粉尘、废水、废渣等固液污染物。若处置不当，这些固液污染物不仅侵占大量土地资源而且还会在一定程度上危害周边生态环境。在混凝土搅拌站，每生产1立方混凝土就会产生0.04吨混凝土废渣。目前，中国每年仅混凝土搅拌站就会产生逾9000万吨的混凝土废渣。因此，若能研发出合适的技术实现混凝土废渣的高效资源化不仅有利于建筑行业可持续发展，也有利于资源节约，提升社会效益和生态效益。

混凝土废渣主要由细骨料、水化产物及残余胶凝材料三个部分组成。当前混泥土废渣利用途径较少，主要用于替代部分天然细骨料，掺到水泥或重新回到混凝土搅拌站中，制备水泥砖或混凝土砖。这种直接替代的方式虽然可以消纳一部分混凝土废渣，然而却易降低水泥砖或混凝土砖品质和性能。相比而言，对于混凝土废渣自身胶凝特性的研究和利用相对较少。有部分研究人员通过研磨和筛分的方式分离出残余胶凝材料，然后加以利用。但这种方式存在筛分工艺要求高、残余胶凝材料筛分量少、残余胶凝材料无法有效利用等问题。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种利用混凝土废渣制备免烧水泥的方法，制备方法简单，在实现资源化利用同时制备出高强度等级水泥。

技术方案：本发明所述的一种利用混凝土废渣制备免烧水泥的方法，包括以下步骤：

将垃圾焚烧炉渣和混凝土废渣在50～150℃下烘干，然后将磷石膏、干燥的垃圾焚烧炉渣和干燥的混凝土废渣混合，粉碎，筛分，得到机械活化渣粉；再将机械活化渣粉进行低温等离子体照射处理，同时从底部对机械活化渣粉进行曝气。

其中，所述磷石膏、干燥的垃圾焚烧炉渣和干燥的混凝土废渣的质量比为0.01～0.05:0.2～0.6:1。

所述粉碎时间为0.5～1.5h，粉碎后过100～400目分子筛。

所述低温等离子体照射的作用时间为0.45～6h，进一步优选为0.5～4.5h；作用电压为5～75kV。

所述曝气速率为180～2400mL/min，进一步优选为200～2000mL/min。

反应机理：对干燥混凝土和垃圾焚烧炉渣进行研磨和过筛可去除干燥混凝土和垃圾焚烧炉渣中的低活性部分，并对粉末部分进行初步机械活化。低温等离子体照射可诱发空气中的氧气和水分子发生电离和解离，生成氧自由基和氢氧根自由基。同时低温等离子体照射过程中还伴随着发生高能粒子冲击、微波辐射、冲击波及表面加热等现象。在高能粒子冲击、微波辐射、冲击波及表面加热作用下，干燥混凝土渣粉末中水化硅酸钙和磷石膏中的二水硫酸钙失去结晶水转化为硅酸钙和硫酸钙，同时混凝土渣粉末和垃圾焚烧炉渣粉末颗粒表面活性得到显著增强，混凝土渣粉末和垃圾焚烧炉渣粉末中硅酸盐和硅铝酸盐的胶凝活性得到强化。同时，低温等离子体照射过程产生的氧自由基和氢氧根自由基还可通过强氧化作用将磷石膏和炉渣粉末中的钙基物质向具有碱激发效果的活性氢氧化钙转变。将本发明所制备的水泥与水混合后，水泥中的活性氢氧化钙表现出较强的碱激发作用，同时水泥中的硅酸钙可快速重新转化为水化硅酸钙。在碱激发作用下，水泥中的硅酸盐、硅铝酸盐和活性氢氧化钙反应生成具有三维结构且钙矾石填充的地质聚合物。